JPH0638485A - Bistable magnetic actuator - Google Patents
Bistable magnetic actuatorInfo
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- JPH0638485A JPH0638485A JP5142660A JP14266093A JPH0638485A JP H0638485 A JPH0638485 A JP H0638485A JP 5142660 A JP5142660 A JP 5142660A JP 14266093 A JP14266093 A JP 14266093A JP H0638485 A JPH0638485 A JP H0638485A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は双安定磁気アクチュエー
タに関する。双安定磁気アクチュエータは回路遮断器及
びその他の装置に使われている。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to bistable magnetic actuators. Bistable magnetic actuators are used in circuit breakers and other devices.
【0002】[0002]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、安定
位置のいずれかを電気エネルギーを必要とせずに保持す
ることができる磁気アクチュエータを提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetic actuator which can hold any of its stable positions without the need for electrical energy.
【0003】本発明は、双安定磁気アクチュエータであ
って、磁気材料のハウジング内に磁気材料のアーマチャ
が2つの安定位置の間で軸方向移動可能なように設けて
あり、ハウジングの端部が極片により閉じてあり、アー
マチャには一方の或いは双方の極片を貫通して軸方向に
摺動自在に案内されるロッドが設けてあり、ハウジング
はその内部を実質的に一方の極片から他方の極片へ延び
るコイルを収納しており、アーマチャの軸方向寸法はア
クチュエータが安定位置のいずれかにある時アーマチャ
の一方の端部が対応する極片と当接するかまたはその極
片に隣接すると共にアーマチャの他方の端部と他方の極
片との間に軸方向ギャップが形成されるように設定して
あり、永久磁石がアーマチャと極片に作用してコイルを
付勢せずにアーマチャが2つの安定位置のうちのいずれ
かに磁気的に保持されるように設けてあり、適当な電流
パルスによりコイルを付勢すると軸方向ギャップに隣接
するアーマチャの端部の磁束密度が増加すると共にアー
マチャのもう一方の端部の磁束密度が減少することによ
りアーマチャがもう1つの安定位置へ移動し、コイルが
脱勢された後もその位置に安定的に停まることを特徴と
する双安定磁気アクチュエータを提供する。The present invention is a bistable magnetic actuator in which an armature of magnetic material is provided in a housing of magnetic material such that the armature is axially movable between two stable positions, the end of the housing being poled. The armature is provided with a rod which is axially slidably guided through one or both pole pieces and the housing substantially extends from one pole piece to the other. Of the armature, the axial dimension of the armature is such that one end of the armature abuts or is adjacent to the corresponding pole piece when the actuator is in either stable position. Is set so that an axial gap is formed between the other end of the armature and the other pole piece, and the permanent magnet acts on the armature and the pole piece without energizing the coil. The magnet is held magnetically in one of two stable positions, and energizing the coil with a suitable current pulse increases the magnetic flux density at the end of the armature adjacent the axial gap. Along with the decrease in the magnetic flux density at the other end of the armature, the armature moves to another stable position and remains stable at that position even after the coil is deenergized. A magnetic actuator is provided.
【0004】本発明の1つの実施例では、永久磁石は軸
方向に磁化された磁石であって、アーマチャの本体の一
部を形成するようにアーマチャの端部に取り付けてあ
る。この実施例では、磁石の同じ磁極が極片と対向す
る。アーマチャは真鍮の管状ライナーの内部をそれらの
間の空隙により摺動可能であり、コイルがライナーとハ
ウジングの間に設けてある。In one embodiment of the invention, the permanent magnets are axially magnetized magnets attached to the ends of the armature so as to form part of the body of the armature. In this example, the same pole of the magnet faces the pole piece. The armature is slidable inside the brass tubular liner with the air gap between them and a coil is provided between the liner and the housing.
【0005】本発明のもう1つの実施例では、永久磁石
は軸方向に磁化された磁石であって、アーマチャとコイ
ルの間に静止状態に取り付けてある。この実施例では、
磁石の同じ磁極が極片と対向し、係合する。アーマチ
ャ、極片及び永久磁石の寸法は、アーマチャが一方の極
片と係合関係にある時その極片と係合するアーマチャの
端部の延長平面が関連の磁石の磁極間であるがその一方
の極片に近いところを貫通するが、アーマチャのもう一
方の端部の延長平面はもう一方の磁石の磁極間であるが
もう一方の極片から遠いところを貫通するように設定し
てある。In another embodiment of the invention, the permanent magnets are axially magnetized magnets mounted stationary between the armature and the coil. In this example,
The same magnetic pole of the magnet faces and engages the pole piece. The dimensions of the armature, pole piece and permanent magnet are such that when the armature is in engagement with one pole piece, the plane of extension of the end of the armature that engages that pole piece is between the poles of the associated magnet The penetrating part of the armature is close to the pole piece, but the extension plane at the other end of the armature is set to penetrate between the magnetic poles of the other magnet but far from the other pole piece.
【0006】いずれの実施例においても、磁石を焼結ネ
オジムで形成すると有利である。In any of the embodiments, it is advantageous to form the magnet from sintered neodymium.
【0007】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【0008】[0008]
【実施例】図1の双安定磁気アクチュエータは、軟鋼の
ような磁気材料の外殻1と、その内部に位置する真鍮の
管状ライナー2と、外殻1とライナー2の間の空間に配
置した磁気巻線3(コイルと呼ぶ)より成る。外殻1の
端部は軟鋼のような磁気材料の極片4及び5により閉じ
られており、これらの極片はねじ6により外殻に固定さ
れている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The bistable magnetic actuator of FIG. 1 is arranged in an outer shell 1 of a magnetic material such as mild steel, a brass tubular liner 2 located therein, and a space between the outer shell 1 and the liner 2. It comprises a magnetic winding 3 (called a coil). The ends of the shell 1 are closed by pole pieces 4 and 5 of a magnetic material such as mild steel, which are fixed to the shell by screws 6.
【0009】真鍮の管状ライナー2の内部にはアーマチ
ャ7が設けられており、このアーマチャは外殻及び管状
ライナーの軸方向において摺動可能である。アーマチャ
7の摺動はステンレス鋼のロッド8及び9により案内さ
れる。これらのロッドはアーマチャ7に固定されてお
り、それぞれ極片4及び5の中心部に装着した真鍮の円
筒状軸受ライナー10及び11内を摺動する。アーマチ
ャ7と真鍮の管状ライナー2との間には小さな空隙があ
る。An armature 7 is provided inside the brass tubular liner 2, and the armature is slidable in the axial direction of the outer shell and the tubular liner. The sliding of the armature 7 is guided by stainless steel rods 8 and 9. These rods are fixed to an armature 7 and slide in brass cylindrical bearing liners 10 and 11 mounted in the center of pole pieces 4 and 5, respectively. There is a small gap between the armature 7 and the brass tubular liner 2.
【0010】アーマチャ7の各端部には、永久磁石12
及び13が取り付けられている。これらの磁石は軸方向
に磁化されており、例えばアーマチャ7の本体から離れ
る方向に向く磁極が同一極、例えばN極となるように配
置されている。A permanent magnet 12 is provided at each end of the armature 7.
And 13 are attached. These magnets are magnetized in the axial direction, and are arranged so that the magnetic poles facing away from the main body of the armature 7 have the same pole, for example, the N pole.
【0011】磁石12及び13を含むアーマチャ7の軸
長は、一方の磁石が一方の極片と接触関係にある、例え
ば磁石13が極片5と接触関係にある時もう一方の磁石
ともう一方の極片との間に軸方向ギャップ14が形成さ
れるように設定されている。このギャップ14の軸長
が、1つの安定位置からもう1つの安定位置へアクチュ
エータが移動する際のストロークを決める。The axial length of the armature 7 including the magnets 12 and 13 is such that when one magnet is in contact with one pole piece, for example when the magnet 13 is in contact with the pole piece 5, the other magnet and the other. Is set so that an axial gap 14 is formed between the pole piece and the pole piece. The axial length of the gap 14 determines the stroke when the actuator moves from one stable position to another stable position.
【0012】アクチュエータが図1に示す位置にあると
仮定すると、コイルを付勢状態にしなくてもアクチュエ
ータは図示の位置を保持する。その位置にいかにしっか
りと保持されるかは磁石13と極片5との間に存在する
磁力による。磁石は永久磁石12及び13内に非常に高
い磁束密度を保持することが可能なネオジム製であるの
が好ましい。Assuming the actuator is in the position shown in FIG. 1, the actuator retains the position shown without energizing the coil. How firmly it is held in that position depends on the magnetic force existing between the magnet 13 and the pole piece 5. The magnets are preferably made of neodymium, which is able to maintain a very high magnetic flux density in the permanent magnets 12 and 13.
【0013】アクチュエータをもう1つの安定位置へ移
動させるには、コイル3に電流パルスを印加すればよ
い。この電流パルスの持続時間、大きさ及び方向はアー
マチャを制御された速度で且つ均一の加速度で移動させ
るため電子スイッチにより制御するのが好ましい。To move the actuator to another stable position, a current pulse may be applied to the coil 3. The duration, magnitude and direction of this current pulse is preferably controlled by an electronic switch to move the armature at a controlled velocity and uniform acceleration.
【0014】コイル3に電流パルスが印加されると、ギ
ャップ14に隣接するコイル端部の磁束密度を増加さ
せ、アーマチャを極片5に保持する永久磁石13の磁束
を減少させるような磁束が発生する。このため、電流パ
ルスに応答してアーマチャが移動し、磁石12が極片4
に当接すると同時に磁石13と極片5との間に軸方向ギ
ャップが生じる。即ち、アーマチャは第1の安定位置か
ら第2の安定位置へ移動し、コイル3を引き続き付勢せ
ずともその第2位置を保持する。When a current pulse is applied to the coil 3, a magnetic flux is generated which increases the magnetic flux density of the coil end portion adjacent to the gap 14 and reduces the magnetic flux of the permanent magnet 13 holding the armature on the pole piece 5. To do. Therefore, the armature moves in response to the current pulse, and the magnet 12 causes the pole piece 4 to move.
At the same time as the contact with the pole piece 5, an axial gap is created between the magnet 13 and the pole piece 5. That is, the armature moves from the first stable position to the second stable position and retains its second position without continuing to energize coil 3.
【0015】ステンレス鋼のロッド8は、アーマチャ7
の軸方向運動をスイッチング装置、例えば回路遮断器へ
伝達する働きを有する。The stainless steel rod 8 is an armature 7
Has the function of transmitting the axial movement of the switch to a switching device, eg a circuit breaker.
【0016】図2乃至4の実施例は、軟鋼のような磁気
材料の外殻101とその内部の環状コイル103とより
成る。外殻101の両端部は軟鋼のような磁気材料の極
片104、105により閉じられており、これらの極片
はねじ106により外殻101に固定されている。The embodiment of FIGS. 2-4 comprises an outer shell 101 of magnetic material such as mild steel and an annular coil 103 therein. Both ends of the outer shell 101 are closed by pole pieces 104 and 105 made of a magnetic material such as mild steel, and these pole pieces are fixed to the outer shell 101 by screws 106.
【0017】コイルの内部に設けたアーマチャ107は
外殻の軸方向に摺動可能であり、その摺動はそれぞれ極
片104、105の軸受110、111を貫通する例え
ばステンレス鋼の非磁性ロッド108、109により案
内される。アーマチャ107は、コイル103及び外殻
101と同軸の真鍮の円筒状ライナー112内を摺動す
る。アーマチャと真鍮の円筒状ライナー112の内壁と
の間には例えば1mmの小さな空隙がある。The armature 107 provided inside the coil is slidable in the axial direction of the outer shell, and the sliding passes through the bearings 110 and 111 of the pole pieces 104 and 105, respectively, and a non-magnetic rod 108 made of, for example, stainless steel. , 109. The armature 107 slides in a brass cylindrical liner 112 coaxial with the coil 103 and the outer shell 101. There is a small air gap of, for example, 1 mm between the armature and the inner wall of the brass cylindrical liner 112.
【0018】コイル103と真鍮の円筒状ライナー11
2との間には環状の円板磁石113及び114が設けら
れている。これらの磁石は軸方向へ磁化されており、N
極がそれぞれの極片104及び105と係合するように
配置されている。これらの磁石は焼結ネオジムで形成す
るのが好ましい。かかる磁気材料を用いると少量の材料
で非常に大きな磁力を得ることができる。Coil 103 and brass cylindrical liner 11
The circular disk magnets 113 and 114 are provided between the two. These magnets are axially magnetized and
The poles are arranged to engage the respective pole pieces 104 and 105. These magnets are preferably made of sintered neodymium. When such a magnetic material is used, a very large magnetic force can be obtained with a small amount of material.
【0019】磁石の対向するS極間には充填材料115
及び真鍮のパッキング材料116が設けられている。上
述の構成要素の寸法は、アーマチャが1つの安定位置で
例えば極片104と接触関係にある場合アーマチャ10
7ともう一方の極片105との間には軸方向ギャップ1
17が存在するように設定されている。Filling material 115 is placed between the south poles of the magnet facing each other.
And brass packing material 116 is provided. The dimensions of the components described above are such that the armature 10 is in contact with the pole piece 104 in one stable position, for example.
Axial gap 1 between 7 and the other pole piece 105
17 is set to exist.
【0020】磁石がアーマチャに及ぼす磁気作用によ
り、アーマチャはコイル103を付勢せずともコイル1
03へ適当な電流パルスが印加されるまで図2の位置に
安定的に停まる。コイル103に電流パルスを印加する
と、軸方向ギャップ177がある方のアクチュエータの
端部の磁束密度を増加させ、アーマチャを極片104に
保持する永久磁石の磁束を減少させるような磁束が発生
する。従って、アーマチャ107は電流パルスに応答し
てもう1つの安定位置へ移動するため空気ギャップ11
7が消滅すると共に極片104とアーマチャ107の間
に別の空気ギャップが生じる。Due to the magnetic action of the magnet on the armature, the armature does not energize the coil 103 but the coil 1
It will remain stable in the position of FIG. 2 until an appropriate current pulse is applied to 03. When a current pulse is applied to the coil 103, a magnetic flux is generated that increases the magnetic flux density at the end of the actuator where the axial gap 177 is located and reduces the magnetic flux of the permanent magnet that holds the armature on the pole piece 104. Therefore, the armature 107 moves to another stable position in response to the current pulse to move the air gap 11
As 7 disappears, another air gap is created between the pole piece 104 and the armature 107.
【0021】以上、アーマチャにつき一方または他方の
極片と当接すると言及したが、ロッド8、9または10
8、109が連結されるリンクに設ける限界停止部材に
より「当接」位置にあってもアーマチャと極片との間に
小さな空隙が存在する場合がある。Although it has been mentioned above that the armature comes into contact with one or the other pole piece, the rod 8, 9 or 10
There may be a small gap between the armature and the pole piece even in the "contact" position due to the limit stop member provided on the link to which 8 and 109 are connected.
【0022】本発明は双安定アクチュエータに関するも
ので、制御された電流パルスを与えるため任意の公知の
手段を用いることができる。The present invention relates to a bistable actuator, which may use any known means for providing a controlled current pulse.
【0023】[0023]
【図1】図1は本発明による双安定アクチュエータの第
1実施例の軸方向断面図。FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a first embodiment of a bistable actuator according to the present invention.
【図2】図2は本発明による双安定アクチュエータの第
2実施例の軸方向断面図。FIG. 2 is an axial cross-sectional view of a second embodiment of a bistable actuator according to the present invention.
【図3】図3は図2のアクチュエータの断面図。3 is a cross-sectional view of the actuator of FIG.
【図4】図4は図3の線IV−IVに沿う横断方向断面
図である。4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
1 外殻 2 真鍮の管状ライナー 3 コイル 7 アーマチャ 8、9 ステンレス鋼ロッド 10、11 真鍮の円筒状軸受ライナー 12、13 永久磁石 14 軸方向ギャップ 101 外殻 103 環状コイル 104、105 極片 107 アーマチャ 108、109 非磁性ロッド 110、111 軸受 112 真鍮の円筒状ライナー 113、114 環状の円板磁石 1 outer shell 2 brass tubular liner 3 coil 7 armature 8, 9 stainless steel rod 10, 11 brass cylindrical bearing liner 12, 13 permanent magnet 14 axial gap 101 outer shell 103 annular coil 104, 105 pole piece 107 armature 108 , 109 Non-magnetic rod 110, 111 Bearing 112 Brass cylindrical liner 113, 114 Annular disc magnet
フロントページの続き (72)発明者 ラルフ ジェイ メルフイッシュ 英国 デボン イー エックス エイト ファイブ イー ディー エックスマウス バイストック パイン リッジ ウッド ランド ロッジ(番地ナシ)Front Page Continuation (72) Inventor Ralph J. Melfish UK Devon Eight Eight Five Edie Exmouth By Stock Pine Ridge Woodland Lodge (No.)
Claims (9)
気材料のハウジング内に磁気材料のアーマチャが2つの
安定位置の間で軸方向移動可能なように設けてあり、ハ
ウジングの端部が極片により閉じてあり、アーマチャに
は一方の或いは双方の極片を貫通して軸方向に摺動自在
に案内されるロッドが設けてあり、ハウジングはその内
部を実質的に一方の極片から他方の極片へ延びるコイル
を収納しており、アーマチャの軸方向寸法はアクチュエ
ータが安定位置のいずれかにある時アーマチャの一方の
端部が対応する極片と当接するかまたはその極片に隣接
すると共にアーマチャの他方の端部と他方の極片との間
に軸方向ギャップが形成されるように設定してあり、永
久磁石がアーマチャと極片に作用してコイルを付勢せず
にアーマチャが2つの安定位置のうちのいずれかに磁気
的に保持されるように設けてあり、適当な電流パルスに
よりコイルを付勢すると軸方向ギャップに隣接するアー
マチャの端部の磁束密度が増加すると共にアーマチャの
もう一方の端部の磁束密度が減少することによりアーマ
チャがもう1つの安定位置へ移動し、コイルが脱勢され
た後もその位置に安定的に停まることを特徴とする双安
定磁気アクチュエータ。1. A bistable magnetic actuator, wherein an armature of magnetic material is provided in a housing of magnetic material for axial movement between two stable positions, the end of the housing being provided by a pole piece. Closed, the armature is provided with a rod which extends axially slidably through one or both pole pieces, the housing being substantially internal to the pole piece from the other pole piece to the other pole piece. It contains a coil that extends to one side of the armature such that one end of the armature abuts a corresponding pole piece or is adjacent to the pole piece and the armature when the actuator is in one of its stable positions. Is set so that an axial gap is formed between the other end of the armature and the other pole piece, and the permanent magnet acts on the armature and the pole piece so as not to urge the coil It is provided so as to be magnetically held at any of the stable positions of the armature, and when the coil is energized by an appropriate current pulse, the magnetic flux density at the end of the armature adjacent to the axial gap increases and the armature of the armature increases. A bistable magnetic actuator characterized in that the armature moves to another stable position due to a decrease in the magnetic flux density at the other end, and the armature stably stops at that position even after the coil is deenergized.
って、アーマチャの本体の一部を形成するようにアーマ
チャの端部に装着してあることを特徴とする請求項1の
アクチュエータ。2. The actuator of claim 1 wherein the permanent magnet is a magnet that is axially magnetized and is mounted at the end of the armature so as to form part of the body of the armature.
とを特徴とする請求項2のアクチュエータ。3. The actuator according to claim 2, wherein the same magnetic pole of the permanent magnet faces the pole piece.
いてそれらの間の空隙により摺動可能であり、コイルは
管状ライナーとハウジングの間に配置してあることを特
徴とする請求項1、2または3のアクチュエータ。4. The armature is slidable within a brass tubular liner with a gap therebetween, and the coil is located between the tubular liner and the housing. Actuator.
って、アーマチャとコイルとの間で静止状態に装着して
あることを特徴とする請求項1のアクチュエータ。5. The actuator according to claim 1, wherein the permanent magnet is a magnet magnetized in the axial direction, and is mounted stationary between the armature and the coil.
れと係合することを特徴とする請求項5のアクチュエー
タ。6. The actuator of claim 5, wherein the same magnetic pole of the permanent magnet faces and engages the pole piece.
可能な真鍮のライナーは永久磁石とアクチュエータの間
に設けてあることを特徴とする請求項5または6のアク
チュエータ。7. The actuator according to claim 5, wherein a brass liner in which the actuator is slidable by a gap is provided between the permanent magnet and the actuator.
は、アーマチャが一方の極片と係合関係にある時その極
片と係合するアーマチャの端部の延長平面が関連の磁石
の磁極間であるがその一方の極片に近いところを貫通す
るが、アーマチャのもう一方の端部の延長平面はもう一
方の磁石の磁極間であるがもう一方の極片から遠いとこ
ろを貫通するように設定してあることを特徴とする請求
項5、6または7のアクチュエータ。8. The dimensions of the armature, pole pieces and permanent magnets are such that the extension plane of the end of the armature that engages one pole piece when the armature is in engagement with one pole piece is between the poles of the associated magnet. However, the extension plane at the other end of the armature penetrates between the magnetic poles of the other magnet but far from the other pole piece. The actuator according to claim 5, 6 or 7, wherein the actuator is set.
いることを特徴とする請求項1乃至8のアクチュエー
タ。9. The actuator according to claim 1, wherein the permanent magnet is made of sintered neodymium.
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